Сверхмассивной черной дыре в очень далеком квазаре потребовался массивный зародыш

Астрономы при помощи телескопов «Чандра» и «Джеймс Уэбб» обнаружили сверхмассивную черную дыру в рентгеновском квазаре, существовавшем, когда Вселенной было около 500 миллионов лет. Измеренная масса черной дыры подтверждает теорию, по которой зародыши массивных черных дыр в ранней Вселенной могли рождаться в ходе прямого коллапса газовых облаков. Препринт работы доступен на сайте arXiv.org.

Данные наблюдений за далекими квазарами, представляющими собой ядра активных галактик, показывают, что некоторые сверхмассивные черные дыры, находящиеся в их центрах, существовали менее чем через 700 миллионов лет после Большого взрыва. До сих пор слабо понятно, как такие черные дыры могли очень быстро набрать массу, поэтому поиск и исследование активно аккрецирующих вещество черных дыр в очень ранней Вселенной (при красном смещении больше 10) может помочь понять природу их зародышей. В теории предполагается, что зародышами сверхмассивных черных дыр могут быть черные дыры с массами 10−100 масс Солнца, рожденные в результате смерти первых звезд во Вселенной, или черные дыры с массами 10⁴− 10⁵ масс Солнца, образованные в ходе гравитационного коллапса массивных газовых облаков.

Группа астрономов во главе с Акосом Богданом (Akos Bogdan) из Смитсоновской астрофизической обсерватории сообщила об открытии новой сверхмассивной черной дыры в далеком квазаре. Она была обнаружена в ходе поиска рентгеновских квазаров при помощи космических телескопов «Чандра» и «Джеймс Уэбб» в окрестностях скопления галактик Abell 2744, которое выступает как гравитационная линза для более далеких галактик, находящихся за скоплением. Итоговая выборка из исследовавшихся галактик включала в себя 11 объектов.

Исследователи обнаружили рентгеновское излучение от сильно затемненного квазара, находящегося в сильно линзированной галактике UHZ1 при красном смещении z=10,3. Болометрическая светимость квазара составляет 5×10⁴⁵ эрг в секунду, он содержит сверхмассивную черную дыру с массой 40 миллионов масс Солнца в предположении темпа аккреции вещества, близкого к пределу Эддингтона. Звездная масса галактики сравнима с массой черной дыры, что необычно, так как в Местной Вселенной масса центральной черной дыры составляет примерно 0,1 процента от звездной массы галактики.

Согласно текущим теоретическим представлениям зародыши сверхмассивных черных дыр могли образовываться уже через 200 миллионов лет после Большого Взрыва, а это означает, что у черной дыры в UHZ1 было около 300 миллионов лет на процесс роста до наблюдаемой массы. Это говорит в пользу идеи о том, что ее зародышем была массивная черная дыра прямого коллапса, так как легкий зародыш потребует суперэддингтоновского режима аккреции и слишком обширных запасов газа.

Ранее мы рассказывали о том, как «Джеймс Уэбб» нашел очень маленькую галактику в ранней Вселенной.